초기 에트링가이트 형태에 대한 셀룰로오스 에테르

초기 시멘트 슬러리에서 에트링가이트의 형태에 대한 하이드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르와 메틸 셀룰로오스 에테르의 영향을 주사 전자 현미경(SEM)으로 연구했습니다. 결과에 따르면 하이드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르로 개질된 슬러리에서 에트링가이트 결정의 길이-직경 비가 일반 슬러리보다 작고 에트링가이트 결정의 형태가 짧은 막대 모양입니다. 메틸 셀룰로오스 에테르로 개질된 슬러리에서 에트링가이트 결정의 길이-직경 비가 일반 슬러리보다 크고 에트링가이트 결정의 형태가 바늘 막대 모양입니다. 일반 시멘트 슬러리에서 에트링가이트 결정은 그 중간 어딘가에 종횡비를 갖습니다. 위의 실험 연구를 통해 두 종류의 셀룰로오스 에테르의 분자량 차이가 에트링가이트의 형태에 영향을 미치는 가장 중요한 요인이라는 것이 더욱 분명해졌습니다.

주요 단어:에트링가이트; 길이-직경 비율; 메틸 셀룰로스 에테르; 히드록시에틸 메틸 셀룰로스 에테르; 형태학

에트링가이트는 약간 팽창된 수화 생성물로서 시멘트 콘크리트의 성능에 상당한 영향을 미치며, 항상 시멘트 기반 재료의 연구 핫스팟이었습니다.에트링가이트는 삼황화물 유형의 칼슘 알루미네이트 수화물이며, 화학식은 [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O이거나 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O로 쓸 수 있으며, 종종 AFt로 약칭합니다.포틀랜드 시멘트 시스템에서 에트링가이트는 주로 석고와 알루미네이트 또는 제2철 알루미네이트 광물의 반응에 의해 형성되며, 이는 시멘트의 수화 및 조기 강도를 지연시키는 역할을 합니다.에트링가이트의 형성 및 형태는 온도, pH 값 및 이온 농도와 같은 여러 요인의 영향을 받습니다.1976년 초, Metha et al. 주사 전자 현미경을 사용하여 AFt의 형태학적 특성을 연구한 결과, 성장 공간이 충분히 클 때와 공간이 제한적일 때 이러한 약간 팽창된 수화 생성물의 형태가 약간 다르다는 것을 발견했습니다. 전자는 대부분 가느다란 바늘-막대 모양의 구형이었고, 후자는 대부분 짧은 막대 모양의 프리즘이었습니다. Yang Wenyan의 연구는 AFt 형태가 다른 양생 환경에 따라 다르다는 것을 발견했습니다. 습한 환경은 팽창 도핑 콘크리트에서 AFt 생성을 지연시키고 콘크리트 팽윤 및 균열 가능성을 증가시킵니다. 다른 환경은 AFt의 형성 및 미세 구조뿐만 아니라 부피 안정성에도 영향을 미칩니다. Chen Huxing 등은 C3A 함량이 증가함에 따라 AFt의 장기 안정성이 감소한다는 것을 발견했습니다. Clark와 Monteiro 등은 환경 압력이 증가함에 따라 AFt 결정 구조가 질서에서 무질서로 변한다는 것을 발견했습니다. Balonis와 Glasser는 AFm과 AFt의 밀도 변화를 검토했습니다. Renaudin 등은 용액 침지 전후 AFt의 구조 변화와 라만 스펙트럼에서 AFt의 구조적 매개변수를 연구했습니다. Kunther 등은 CSH 겔의 칼슘-규소 비율과 황산염 이온 간의 상호작용이 NMR을 이용하여 AFt 결정화 압력에 미치는 영향을 연구했습니다. 동시에, Wenk 등은 시멘트 기반 재료에 AFt를 적용한 사례를 바탕으로, 경질 싱크로트론 방사선 X선 회절 마감 기술을 이용하여 콘크리트 단면의 AFt 결정 배향을 연구했습니다. 혼합 시멘트에서 AFt의 형성과 에트링가이트의 연구 핫스팟을 탐구했습니다. 지연된 에트링가이트 반응을 바탕으로 일부 학자들은 AFt 상 발생 원인에 대한 많은 연구를 수행했습니다.

에트링가이트 형성으로 인한 부피 팽창은 때때로 유리하며, 산화마그네슘 팽창제와 유사한 "팽창제" 역할을 하여 시멘트 기반 재료의 부피 안정성을 유지할 수 있습니다. 폴리머 에멀젼과 재분산성 에멀젼 분말을 첨가하면 시멘트 기반 재료의 미세 구조에 상당한 영향을 미쳐 거시적인 특성이 변화합니다. 그러나 경화된 모르타르의 접착력을 주로 향상시키는 재분산성 에멀젼 분말과 달리, 수용성 폴리머 셀룰로스 에테르(CE)는 새로 혼합된 모르타르에 우수한 보수력과 증점 효과를 부여하여 작업 성능을 향상시킵니다. 메틸셀룰로스(MC), 히드록시에틸셀룰로스(HEC), 히드록시프로필메틸셀룰로스(HPMC)를 포함한 비이온성 CE가 일반적으로 사용됩니다.히드록시에틸 메틸 셀룰로스(HEMC)등, 그리고 CE는 새로 혼합된 모르타르에서 역할을 할 뿐만 아니라 시멘트 슬러리의 수화 과정에도 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 HEMC는 수화 생성물인 AFt의 생성량을 변화시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 CE가 AFt의 미세 형태에 미치는 영향을 체계적으로 비교한 연구는 없었으므로, 본 논문에서는 이미지 분석 및 비교를 통해 초기(1일) 시멘트 슬러리에서 HEMC와 MC가 에트링엄의 미세 형태에 미치는 영향의 차이를 탐구합니다.

1. 실험

1.1 원자재

실험 시멘트로는 안휘 콘치 시멘트(Anhui Conch Cement Co., LTD)에서 생산한 P·II 52.5R 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 두 가지 셀룰로스 에테르는 각각 히드록시에틸 메틸셀룰로스(HEMC)와 메틸셀룰로스(메틸셀룰로스, 상하이 시노패스 그룹)이다. MC; 배합수는 수돗물이다.

1.2 실험 방법

시멘트 페이스트 시료의 물-시멘트비는 0.4(시멘트에 대한 물의 질량비)이고, 셀룰로스 에테르의 함량은 시멘트 질량의 1%였다.시편의 준비는 GB1346-2011 "시멘트 표준 점도의 물 소비량, 응결 시간 및 안정성에 대한 시험 방법"에 따라 수행되었다.시편을 성형한 후, 표면 수분 증발 및 탄화를 방지하기 위해 몰드 표면에 플라스틱 필름을 캡슐화하고, 시편을 온도가 (20±2)℃이고 상대 습도가 (60±5)%인 양생실에 두었다.1일 후 몰드를 제거하고 시편을 깨뜨린 다음, 중앙에서 작은 샘플을 채취하여 무수 에탄올에 담가 수화를 종료한 다음, 샘플을 꺼내 건조하여 시험하였다. 건조된 시료를 전도성 양면 접착제로 시료 테이블에 접착하고, Cressington 108auto 자동 이온 스퍼터링 장비를 사용하여 표면에 금 필름 층을 분사했습니다. 스퍼터링 전류는 20 mA, 스퍼터링 시간은 60초였습니다. FEI QUANTAFEG 650 환경 주사전자현미경(ESEM)을 사용하여 시료 단면에서 AFt의 형태적 특성을 관찰했습니다. AFT는 고진공 이차전자 모드를 사용하여 관찰했습니다. 가속 전압은 15 kV, 빔 스팟 직경은 3.0 nm, 작동 거리는 약 10 mm로 조절했습니다.

2. 결과 및 논의

경화된 HEMC 개질 시멘트 슬러리에서 에트링가이트의 SEM 이미지는 층상 Ca(OH)2(CH)의 배향 성장이 명확하고 AFt는 짧은 막대 모양의 AFt가 불규칙하게 축적되었으며 일부 짧은 막대 모양의 AFT가 HEMC 막 구조로 덮여 있음을 보여주었습니다. Zhang Dongfang 등은 ESEM을 통해 HEMC 개질 시멘트 슬러리의 미세 구조 변화를 관찰할 때 짧은 막대 모양의 AFt도 발견했습니다. 그들은 일반 시멘트 슬러리가 물에 닿은 후 빠르게 반응하기 때문에 AFt 결정이 가늘고 수화 연령이 길어짐에 따라 길이-직경 비율이 지속적으로 증가한다고 생각했습니다. 그러나 HEMC는 용액의 점도를 증가시키고 용액에서 이온의 결합 속도를 감소시키고 클링커 입자 표면에 물이 도달하는 것을 지연시켰기 때문에 AFt의 길이-직경 비율이 약한 경향으로 증가했으며 그 형태적 특성은 짧은 막대 모양을 보였습니다. 동일 연령의 일반 시멘트 슬러리에서 AFt와 비교하여 이 이론은 부분적으로 검증되었지만, MC 개질 시멘트 슬러리에서 AFt의 형태학적 변화를 설명하는 데는 적용할 수 없습니다. 1일 경화된 MC 개질 시멘트 슬러리에서 에트리다이트의 SEM 이미지에서도 층상 Ca(OH)2의 배향된 성장이 관찰되었고, 일부 AFt 표면은 MC의 필름 구조로 덮여 있었으며, AFt는 클러스터 성장의 형태학적 특성을 보였습니다. 그러나 MC 개질 시멘트 슬러리에서 AFt 결정은 길이-직경 비율이 더 크고 더 가늘며 전형적인 침상 형태를 보입니다.

HEMC와 MC는 모두 시멘트의 초기 수화 과정을 지연시키고 용액의 점도를 증가시켰지만, 이로 인한 AFt 형태학적 특성의 차이는 여전히 유의미했습니다. 위의 현상은 셀룰로스 에테르의 분자 구조와 AFt 결정 구조의 관점에서 더 자세히 설명할 수 있습니다. Renaudin 등은 합성된 AFt를 제조된 알칼리 용액에 담가 "젖은 AFt"를 얻고, 부분적으로 제거한 후 포화 CaCl2 용액(상대 습도 35%) 표면에서 건조하여 "건조 AFt"를 얻었습니다. 라만 분광법과 X선 분말 회절을 이용한 구조 미세화 연구 결과, 두 구조 사이에는 차이가 없었고, 건조 과정에서 셀의 결정 형성 방향만 변했습니다. 즉, "젖은" 상태에서 "건조" 상태로 환경이 변화하는 과정에서 AFt 결정은 a의 법선 방향을 따라 점차 증가하는 방향으로 셀을 형성했습니다. c의 법선 방향을 따라 AFt 결정은 점점 줄어들었습니다. 3차원 공간의 가장 기본적인 단위는 서로 수직인 법선, b 법선, c 법선으로 구성됩니다. b 법선이 고정된 경우 AFt 결정은 a 법선을 따라 클러스터링되어 a 법선 평면에서 확대된 세포 단면을 생성합니다. 따라서 HEMC가 MC보다 더 많은 물을 "저장"하면 국소적인 영역에서 "건조한" 환경이 발생하여 AFt 결정의 측면 응집 및 성장을 촉진할 수 있습니다. Patural 등은 CE 자체의 경우 중합도가 높을수록(또는 분자량이 클수록) CE의 점도가 높아지고 수분 보유 성능이 더 우수하다는 것을 발견했습니다. HEMC와 MCS의 분자 구조는 이 가설을 뒷받침하며, 히드록시에틸기가 수소기보다 분자량이 훨씬 큽니다.

일반적으로 AFt 결정은 관련 이온이 용액계에서 특정 포화도에 도달할 때만 형성되고 침전됩니다. 따라서 이온 농도, 온도, pH 값 및 반응 용액의 형성 공간과 같은 요인은 AFt 결정의 형태에 상당한 영향을 미칠 수 있으며 인공 합성 조건의 변화는 AFt 결정의 형태를 변경할 수 있습니다. 따라서 일반 시멘트 슬러리에서 두 가지 사이의 AFt 결정 비율은 시멘트의 초기 수화에서 물 소비라는 단일 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 그러나 HEMC와 MC에 의해 발생하는 AFt 결정 형태의 차이는 주로 특수한 물 보유 메커니즘 때문일 것입니다. HEMC와 MCS는 신선한 시멘트 슬러리의 미시구역 내에서 물 이동의 "폐쇄 루프"를 생성하여 물이 "들어가기 쉽고 나가기 어려운" "짧은 기간"을 허용합니다. 그러나 이 기간 동안 미시구역 내부 및 근처의 액상 환경도 변경됩니다. 이온 농도, pH 등과 같은 요인들, 즉 성장 환경의 변화는 AFt 결정의 형태학적 특성에 더욱 반영됩니다. 이러한 수분 이동의 "폐쇄 루프"는 Pourchez 등이 설명한 작용 기전과 유사합니다. HPMC는 수분 유지에 중요한 역할을 합니다.

3. 결론

(1) 초기(1일) 일반 시멘트 슬러리에서 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르(HEMC)와 메틸 셀룰로오스 에테르(MC)를 첨가하면 에트링가이트의 형태를 크게 변화시킬 수 있다.

(2) HEMC 개질 시멘트 슬러리에서 에트링가이트 결정의 길이와 직경은 작고 짧은 막대 모양입니다. MC 개질 시멘트 슬러리에서 에트링가이트 결정의 길이와 직경 비율은 크고 바늘 막대 모양입니다. 일반 시멘트 슬러리에서 에트링가이트 결정은 이 두 가지의 종횡비를 가집니다.

(3) 두 셀룰로스 에테르가 에트링가이트의 형태에 미치는 영향의 차이는 본질적으로 분자량의 차이에 기인한다.